FPGA最小系統電路分析之FPGA管腳設計

FPGA管腳設計

FPGA的管腳主要包括：用戶I/O(User I/O)、配置管腳、電源、時鐘及特殊應用管腳等。其中有些管腳可有多種用途，所以在設計FPGA電路之前，需要認真的閱讀相應FPGA的芯片手冊。

下面以Altera公司的Cyclone系列FPGA為例，介紹FPGA的各種功能管腳。

(1)用戶I/O。

I/Onum(LVDSnumn)：可用作輸入或輸出，或者雙向口，同時可作為LVDS差分對的負端。其中num表示管腳序號。

一般在繪制FPGA原理圖時，將同一種功能和用途的管腳放在一個框圖中，如圖2.3所示是用戶I/O的原理圖。

(2)配置管腳。

MSEL[1..0]：用于選擇配置模式。FPGA有多種配置模式，比如主動、被動、快速、正常、串行、并行等，可以此管腳進行選擇。

DATA0：FPGA串行數據輸入，連接至配置器件的串行數據輸出管腳。

DCLK：FPGA串行時鐘輸出，為配置器件提供串行時鐘。

nCSO(I/O)：FPGA片選信號輸出，連接至配置器件的nCS管腳。

ASDO(I/O)：FPGA串行數據輸出，連接至配置器件的ASDI管腳。

nCEO：下載鏈器件使能輸出。在一條下載鏈(Chain)中，當第一個器件配置完成后，此信號將使能下一個器件開始進行配置。下載鏈的最后一個器件的nCEO應懸空。

圖2.3 FPGA用戶I/O原理圖

nCE：下載鏈器件使能輸入，連接至上一個器件的nCEO。下載鏈第一個器件的nCE接地。

nCONFIG：用戶模式配置起始信號。

nSTATUS：配置狀態信號。

CONF_DONE：配置結束信號。

如圖2.4所示是FPGA配置管腳原理圖。

圖2.4 FPGA配置管腳原理圖

(3)電源管腳。

VCCINT：內核電壓。通常與FPGA芯片所采用的工藝有關，例如130nm工藝為1.5V，90nm工藝為1.2V。

VCCIO：端口電壓。一般為3.3V，還可以支持選擇多種電壓，如5V、1.8V、1.5V等。

VREF：參考電壓。

GND：信號地。

(4)時鐘管腳。

VCC_PLL：鎖相環管腳電壓，直接連VCCIO。

VCCA_PLL：鎖相環模擬電壓，一般通過濾波器接到VCCINT上。

GNDA_PLL：鎖相環模擬地。

GNDD_PLL：鎖相環數字地。

CLKnum(LVDSCLKnump)：鎖相環時鐘輸入。支持LVDS時鐘輸入，p接正端，num表示PLL序號。

CLKnum(LVDSCLKnumn)：鎖相環時鐘輸入。支持LVDS時鐘輸入，n接負端，num表示PLL序號。

PLLnum_OUTp(I/O)：鎖相環時鐘輸出。支持LVDS時鐘輸入，p接正端，num表示PLL序號。

PLLnum_OUTn(I/O)：鎖相環時鐘輸出。支持LVDS時鐘輸入，n接負端，num表示PLL序號。

如圖2.6所示是FPGA時鐘管腳原理圖。

圖2.5 FPGA電源管腳原理圖 圖2.6 FPGA時鐘管腳原理圖

另外，FPGA的管腳中，有一些是全局時鐘，這些管腳在FPGA中已經做好了時鐘樹。使用這些管腳作為關鍵時鐘或信號的布線可以獲得最佳性能。

(5)特殊管腳。

VCCPD：用于選擇驅動電壓。

VCCSEL：用于控制配置管腳和鎖相環相關的輸入緩沖電壓。

PORSEL：上電復位選項。

NIOPULLUP：用于控制配置時所使用的用戶I/O的內部上拉電阻是否工作。

TEMPDIODEn/p：用于關聯溫度敏感二極管。